El negocio de chapa de precisión de Japón sigue aumentando

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Como dicen los lugareños, ese día el Monte Fuji estaba “tímido”, envuelto en neblina. Aun así, su pico cubierto de nieve brillaba mientras nuestro autobús avanzaba por la ladera cubierta de pinos sobre Fujinomiya esa mañana de mediados de abril. Nos dirigíamos a Kanto Seiko, un fabricante de chapa de precisión personalizado situado en la cima de una pintoresca montaña.

Visité la operación por primera vez en 2008, cuando Hidetsugu Masuda, presidente de la empresa, me condujo rápidamente entre los diferentes edificios. Desde entonces, la tecnología se ha mejorado drásticamente, pero una cosa no ha cambiado: una escultura de roca en un pequeño jardín junto a la entrada de la empresa. En él se lee el lema de la empresa: Quien no puede disfrutar del trabajo, no puede disfrutar de la vida. No hay lugar en el mundo para aquellos que no intentan mejorar. Claro, la traducción puede ser un poco directa y carecer del ritmo inspirador del japonés original, pero el contenido suena verdadero en cualquier lugar (ver Figura 1).

La visita a Kanto Seiko fue parte de un evento de prensa celebrado a mediados de abril, cuando The FABRICATOR y otros medios metalúrgicos norteamericanos y europeos viajaron a la sede de AMADA en Japón. Experimentamos una muestra del negocio de chapa de precisión de Japón, más avanzado que nunca, y recorrimos el recién inaugurado Centro de Innovación Global AMADA, o AGIC, en el campus del fabricante de máquinas herramienta en la ciudad de Isehara, al suroeste de Tokio.

No es una sala de exposición de máquinas en el sentido tradicional. Los diseñadores detrás de AGIC adoptaron un enfoque diferente, fusionando lo visionario con lo pragmático, explicando qué son las nuevas tecnologías y, lo más importante, por qué se desarrollaron. El mensaje refleja el lema de Kanto Seiko: hacer agradable el trabajo y disfrutar la vida, una mejora a la vez.

“El entorno que rodea la fabricación global está experimentando cambios dramáticos. Los problemas incluyen medidas relacionadas con la neutralidad de carbono, instalaciones automatizadas en un contexto de escasez de mano de obra, procesamiento de nuevos materiales y nuevos productos, así como mejoras de productividad junto con reducciones de costos”.

Así lo dijo Tsutomu Isobe, presidente de AMADA Co. Ltd., durante una conferencia de prensa en el evento de medios de abril. Describió una industria en transición, que se enfrenta a una serie de incógnitas en lo que respecta a las cadenas de suministro y, de hecho, al estado de la economía mundial.

Sus comentarios también reflejaron la experiencia de AGIC, que a su vez reflejó el estado del negocio de chapa de precisión en general, un sector que, al igual que los actores de máquinas herramienta que lo atienden, ha experimentado varios años de montaña rusa, con una contracción seguida de un crecimiento explosivo. Un entorno así requiere una gran flexibilidad para satisfacer la demanda de los clientes.

AGIC te lleva de lo grandioso a lo granular. Junto a la entrada hay una sala donde la tecnología de proyección 3D muestra una visión dramática y vertiginosa (en el sentido literal) de un futuro potencial, uno en el que casi todos los procesos están automatizados. Es un mundo hipotético donde los láseres cortan una hoja de piezas en un instante, realizan una secuencia de destrucción del esqueleto en un abrir y cerrar de ojos e incluso realizan el conformado térmico de láminas de metal.

La proyección 3D incorporó un poco del presente, representando el ciclo del agua y otros símbolos de mejora continua, donde los comentarios de los clientes estimulan la mejora de la tecnología, lo que genera más oportunidades, nuevos desafíos, más comentarios de los fabricantes, y así continúa el círculo virtuoso.

Salga de la sala de proyección 3D, pase más allá de un amplio espacio para reuniones (llamado Innovation Square) y entre en Innovation LABO, y los visitantes podrán ver dónde tiene lugar ese círculo virtuoso. El laboratorio tiene áreas dedicadas al corte, punzonado y soldadura por láser, donde los fabricantes pueden realizar sus trabajos desafiantes y, a puerta cerrada (dado que los fabricantes de la competencia pueden estar en las instalaciones), probar la tecnología. Luego pueden llevar las piezas al laboratorio para medir los resultados.

FIGURA 1. A la izquierda, el presidente de Kanto Seiko, Hidetsugu Masuda, se prepara para responder preguntas durante una gira de prensa en abril de 2023. A la derecha, Masuda en 2008 posa junto a un monumento que explica la cultura de mejora de la tienda. Mucho ha cambiado en Kanto Seiko en 15 años, pero ese monumento permanece.

Considere un fabricante con un desafío particular de corte por láser. El laboratorio de láser dispone de una máquina REGIUS con un láser ENSIS, un láser de fibra con perfil de energía de haz variable. Un fabricante podría elegir una viga gaussiana tradicional con la mayor energía en el centro, un perfil que suele ser ideal para cortar láminas delgadas. O bien, un taller podría optar por una distribución en forma de rosquilla, con la energía concentrada en el exterior, perfil normalmente ideal para chapa gruesa. O bien, una tienda podría probar una combinación de los dos, con la energía enfocada tanto en el centro como alrededor del perímetro.

El operador puede optar por utilizar una mezcla de gas auxiliar de nitrógeno y oxígeno, especialmente ventajosa al cortar ciertos materiales gruesos, incluido el aluminio. Nuestro guía turístico de AGIC, Matt Wood, director de productos de corte para Europa, señaló una pieza cortada de placa de aluminio en el mismo estado en que se cortó, sin escoria detectable. O, al cortar acero dulce grueso, el operador puede utilizar la tecnología Dual Gas, una novedosa técnica de corte con oxígeno que rodea el gas auxiliar de oxígeno en una envoltura de aire comprimido.

"El aire comprimido esencialmente concentra el oxígeno en el corte", dijo Wood.

Las alternativas abundan, especialmente cuando los fabricantes también consideran el láser adyacente en el laboratorio, una máquina VENTIS con Locus Beam Control (LBC), que retiene el haz en forma gaussiana pero utiliza óptica de escaneo para manipularlo en diferentes formas a medida que el cabezal viaja por el corte. Por ejemplo, la viga podría oscilar lateralmente para crear una ranura más ancha que sea ideal para la automatización de la eliminación de piezas. O bien, el escáner puede mover el haz hacia adelante y hacia atrás a medida que el cabezal avanza a una velocidad constante, un movimiento que puede ser ideal para lograr bordes de corte de calidad y sin rebabas en varias geometrías de corte. Un programa podría utilizar una nueva función llamada LBC Flash Cut, que permite efectivamente que el cabezal corte pequeños agujeros moviéndose en línea recta, sin necesidad de movimientos circulares. La óptica de escaneo dentro de la cabeza se encarga de eso.

Hablar es barato, por supuesto. Los resultados importan, de eso se trata Innovation LABO. Los fabricantes pueden realizar cortes de prueba en un laboratorio, luego cruzar el pasillo y medir esas piezas en otro laboratorio. Lo mismo se aplica a una forma exigente o a una soldadura láser. En el laboratorio de medición, los fabricantes pueden realizar pruebas de tracción y métodos de examen no destructivos como la radiografía.

Si los resultados son satisfactorios, el fabricante ahora tiene una solución técnica. Si los resultados no son satisfactorios, entonces esa información se envía a los desarrolladores de productos AMADA, quienes la utilizan como material para mejoras futuras.

Muchas tecnologías nuevas en AGIC se centran no solo en el proceso de corte, doblado o soldadura en sí, sino también en agilizar lo que sucede entre los pasos del procesamiento, incluidas las operaciones secundarias, el manejo de materiales y el tiempo de programación.

Considere el efecto de la microtab tradicional en la eliminación de piezas después del corte por láser, donde a veces los fabricantes quedan atrapados en un círculo vicioso. Para garantizar la estabilidad del proceso, los programadores a veces no tienen más remedio que microfijar las piezas en su lugar. Esto mantiene las piezas estables pero también obliga a enviarlas a través de una máquina desbarbadora para quitar esas pestañas. El láser corta extraordinariamente rápido, sólo para alimentar un cuello de botella de desbaste y desbarbado.

Hoy en día, sin embargo, los fabricantes tienen opciones, incluida lo que AMADA llama su técnica Soft Joint. El láser corta una geometría fuera del perfil de la pieza que libera una cantidad controlada de tensión en el material, lo que obliga al esqueleto a empujar suavemente contra el borde de la pieza, lo suficiente para mantener la pieza segura en el nido y, aún así, fácilmente extraíble en la mesa de descarga. Claro, las entradas pueden requerir bandas más gruesas y reducir ligeramente el rendimiento del material, pero pueden ser un pequeño precio a pagar por el ahorro de mano de obra en la eliminación parcial, sin mencionar la eliminación de la necesidad de desbarbar (consulte la Figura 2).

Como explicó Wood, "Mantiene la pieza en la hoja, facilita mucho la descarga manual y también se puede utilizar con los sistemas TK [extracción y apilado automático de piezas] para material de hasta aproximadamente 4 mm de espesor".

FIGURA 2. La tecnología Soft Cut corta geometrías en la sección del esqueleto que, una vez que se libera la tensión después del corte, asegura la pieza cortada en su lugar, sin necesidad de micropestañas.

En el departamento de conformado, la programación ha evolucionado significativamente en los últimos años, especialmente para el plegado robotizado, hasta el punto de que las últimas células con cambio automático de herramientas y pinzas pueden procesar una variedad de piezas diferentes. Aún así, realmente importa exactamente cómo se presentan los espacios en blanco cortados a la celda del robot. Los espacios en blanco deben estar centrados para garantizar que las pinzas agarren el trabajo exactamente en el lugar correcto.

Sin embargo, en el AGIC de AMADA había una celda de doblado robótica con un dispositivo de carga inteligente, que permitía presentar las piezas de cualquier forma sin utilizar una mesa de centrado. Para orientar el robot, una cámara observa el trabajo y una pinza independiente levanta las piezas de la pila descentrada, realiza una detección de piezas dobles (en caso de que la pinza haya cogido dos piezas a la vez) y las presenta al robot doblador en la posición correcta para que comience la secuencia de formación (ver Figura 3).

Después del plegado viene la soldadura y, una vez más, la tecnología presentada en AGIC se centró en minimizar ese tiempo que no añade valor. Por ejemplo, los fabricantes que adoptan la soldadura láser de fibra robótica pueden apreciar la alta velocidad de soldadura, pero a menudo aprecian aún más la falta de rectificado posterior a la soldadura.

Aún así, la soldadura láser requiere un ajuste preciso, lo que también requiere algunos ajustes del programa en la máquina. Hoy en día, la inteligencia artificial (IA) está ayudando a acortar ese tiempo de programación. En colaboración con una universidad local de Japón, AMADA catalogó más de 100.000 variaciones de ajuste para diversas geometrías de juntas, grados de materiales y espesores, y luego prescribió ciertos ajustes del programa para tenerlos en cuenta. Hoy en día, un operador fija una pieza, carga el programa y lo inicia. A partir de ahí, el robot captura imágenes en varios puntos a lo largo de la geometría de la soldadura, detecta variaciones en el espacio, ajusta el programa y luego comienza a soldar.

En Kanto Seiko, el grupo de prensa fue testigo de cómo la tecnología de inteligencia artificial tarda dos minutos en analizar el espacio de la junta soldada antes de comenzar a soldar. La misma operación realizada manualmente tomó ocho minutos (ver Figura 4).

La automatización de este tipo de operaciones manuales también reduce la variabilidad. Después de todo, cualquier operación manual tiene cierto nivel de variabilidad, especialmente cuando la habilidad y experiencia del operador también varían. Lo mismo se pensó en el láser REGIUS de AMADA con cambio de boquilla automatizado e inspección (lo más importante). Inspeccionar una boquilla puede ser un asunto subjetivo, incluso para el operador mejor capacitado y experimentado. Automatizarlo y registrarlo con tecnología de visión (con la condición y forma reales de la boquilla allí mismo en la pantalla del controlador) documenta el proceso y agrega objetividad, lo que a su vez hace que el corte por láser sea más predecible.

Wood describió esta tecnología mientras señalaba el nuevo controlador AMNC 4ie de AMADA, junto con el software de programación y simulación fuera de línea VPSS (Sistema de simulación de prototipo virtual) 4ie para corte y doblado. (VPSS 3i, la versión anterior, significaba “inteligente, interactivo e integrado”. El apodo de 4ie agrega “innovador”, seguido de “fácil”, “eficiencia”, “sostenibilidad ambiental” y “evolución”). ofrece, entre otras cosas, 15 idiomas de interfaz diferentes (incluidos inglés y español). Mediante el reconocimiento facial, los operadores inician sesión en el control e interactúan con él en una experiencia adaptada a su nivel de formación.

Es posible que un principiante no pueda ajustar los parámetros de corte. Sin embargo, un experto podría tener permiso para cambiar los datos de corte. Entonces, ¿qué pasa si un operador novato intenta cambiar los datos de corte? El control registra esas acciones, que luego quedan disponibles para los supervisores. "La idea no es señalar con el dedo", explicó Wood. “Se trata de que la gente pregunte: '¿Esta persona necesita más capacitación?' La idea es apoyar esas iniciativas de capacitación”.

Los controles también tienen una videoteca que documenta las tareas básicas de operación y mantenimiento. Comunicar tales tareas es particularmente crítico. Después de todo, un cabezal de corte puede cortar de forma extraordinariamente limpia, hasta que es necesario limpiar la lente. Por supuesto, las lentes del interior requieren un manejo muy cuidadoso. Esto no significa que no se pueda capacitar a los operadores para hacer el trabajo; de ahí los videos integrados en la plataforma 4ie, accesibles a través del control mismo o de forma remota mediante una tableta.

De regreso a Kanto Seiko, nuestro guía turístico nos llevó al departamento de conformado, donde un operador estaba trabajando con una plegadora con cambios automáticos de herramientas (ATC). La cosa fue que mantuvo una postura extraña mientras terminaba el ciclo de formación.

FIGURA 3. Como parte del dispositivo de carga inteligente de la celda de doblado, una pinza asistida por una cámara levanta una pieza en bruto descentrada y luego la presenta en la orientación correcta al robot de doblado.

En lugar de mirar la brida frente a él, miró hacia adelante a una pantalla, que mostraba la vista de una cámara detrás de las herramientas, revelando la posición del espacio en blanco contra el tope trasero. Esta tampoco fue una forma fácil, con un ángulo de curvatura abierto (no los típicos 90 grados), una línea de curvatura cónica y dos posiciones de medición diferentes en X1 y X2.

Unos minutos más tarde, terminó un lote de media docena de piezas, activó el ATC y luego pasó inmediatamente a la siguiente pieza. Cuando comenzó a formar la siguiente pieza, las piezas anteriores ya habían sido rodadas en un carro río abajo. Todo fluía en pequeños lotes o kits, y no se veía ni una sola carretilla elevadora.

Kanto Seiko ha mejorado drásticamente su tecnología desde mi primera visita en 2008. La operación ahora cuenta con láseres de fibra de alta potencia, un sistema automatizado de perforación/láser con un cargador capaz de contener cientos de herramientas, trabajadores que usan tabletas para informar sobre el trabajo y ver el estado. de pedidos y software inteligente que lo controla todo. (La fábrica ejecutaba un software de seguimiento de trabajos y monitoreo de máquinas que cumple una función similar a la plataforma Influent de AMADA AMERICA).

Las máquinas ahora son más productivas, por supuesto, pero también consumen menos energía. Por ejemplo, esa máquina con pantalla frontal, una AMADA EGB 6020e, es un freno eléctrico con un mecanismo de accionamiento único. Debido a que utiliza electricidad sólo durante el proceso de formación y no cuando está inactivo, utiliza sólo una fracción de la potencia de su homólogo hidráulico.

Esto complementa los sistemas de corte por láser de fibra AMADA de la empresa que, como citó el presidente Isobe durante la conferencia de prensa de la gira, consumen un 75% menos de energía que sus homólogos láser de CO2. Esto tiene que ver con la naturaleza del láser de fibra en sí, pero también con la forma en que se le da forma y se manipula el haz. Esto, junto con la tecnología de servo eléctrico que reemplaza la hidráulica y la tecnología de software que rastrea la utilización, ayuda efectivamente al fabricante a consumir menos y producir más.

"Siempre debemos ser conscientes de la necesidad de resolver problemas sociales a través de nuestras actividades comerciales, con escasez de mano de obra debido al envejecimiento y la disminución de la población". Así lo dijo Takaaki Yamanashi, presidente de AMADA Co. Ltd., durante la conferencia de prensa del evento, y agregó que las soluciones digitales y el desarrollo de productos de la compañía tienen como objetivo servir a una “sociedad descarbonizada”.

De vuelta en AGIC, Wood señaló una pantalla que monitoreaba el consumo de energía de todas las máquinas en las instalaciones, midiéndolo contra el consumo de energía promedio de las salas de exposición de máquinas que ocupaban el espacio anteriormente. A mediados de abril, el consumo había disminuido un 50% respecto a hace tres años.

Los paneles solares en los tejados proporcionan aproximadamente el 11% de las necesidades energéticas de AGIC. Además, todos los láseres de corte de la instalación funcionan con una única fuente de enfriamiento ubicada en el exterior, una estrategia que ahorra energía (específicamente, alrededor del 15 % de ahorro en comparación con los enfriadores dedicados a las máquinas) y simplifica el mantenimiento.

Claro, los láseres no están eliminando cortes en láminas ni destruyendo babosas y esqueletos en microsegundos, como se muestra en la proyección de visión de futuro de AGIC, pero la industria está avanzando. Con demasiada frecuencia, la gran visión, como la tímida cima del Monte Fuji, flota sobre la bruma. La visión parece asombrosa, pero ¿cómo llegaremos allí exactamente? La experiencia AGIC disipó parte de la neblina. Queda algo de neblina, pero en un mundo lleno de cambios continuos, el camino se está aclarando un poco, una mejora a la vez.

FIGURA 4. Un láser de fibra comienza a soldar en Kanto Seiko después de pasar unos dos minutos inspeccionando el ajuste y compensando automáticamente cualquier variación del espacio.